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Nature:竞争太激烈了!“女神”发现2个CRISPR新系统

时间:2016-12-25 08:44 作者:生物观察
 

 

 

12月22日,在线发表于Nature杂志上的一项研究中,科学家们又为CRISPR家族找到了新的成员:CRISPR-CasX 和CRISPR-CasY。加州大学伯克利分校的Jillian F. Banfield教授和CRISPR先驱Jennifer A. Doudna 教授是这一研究的共同通讯作者。CasX仅由980个氨基酸组成据悉,CasX仅由980个氨基酸组成,远小于其它Cas蛋白。最常使用的Cas9共包含1368个氨基酸。而CasY由约1200个氨基酸组成。Banfield说:“这两种新型的Cas蛋白真的非常小,尤其是CasX。这意味着,它可能更加有用。”以色列魏茨曼科学研究所的Rotem Sorek表示,这是非常重要的发现。从基因编辑的角度,递送小基因到细胞内要比递送大基因容易得多。通过与Jennifer Doudna合作,Banfield的研究小组证明了CasX 和 CasY的功能性。研究人员在大肠杆菌中重建了CasX 和CasY系统,发现它们能够对细菌起到保护作用,阻止外源DNA转化。Doudna的研究小组正在调查这两个系统是如何工作的,希望它们能够成为基因编辑的补充工具。
Banfield gathering data at the Rifle site in Colorado, where she collected bacteria that were found to contain a new CRISPR-CasX system never before seen. (Roy Kaltschmidt photo, 2014)发现过程微生物利用多种CRISPR-Cas系统组成了它们的免疫力,其中,II类CRISPR系统已成为最热门的基因编辑工具。值得注意的是,过去,科学家主要是基于在实验室中可培养的细菌开发CRISPR系统。而此次,CRISPR-CasX 和 CRISPR-CasY是在不可培养的微生物中发现的。这类群体有望成为新型基因编辑系统的潜在来源。
An uncultivable bacteria, probably symbiotic and living off other microbes in groundwater, has small hair-like pili covering its outer surface. It is about 250 nanometers in diameter, among the smallest known microbes. (Banfield lab image)在过去的十年中,Banfield和同事从多个地方收集微生物,提取它们的DNA,重建它们的基因组。研究小组希望能够找到新的CRISPR系统。通过分析宏基因组数据库,寻找与编码Cas9蛋白序列相似的基因序列,研究小组最终发现了CRISPR-CasX 和 CRISPR-CasY。Banfield说:“我们搜索了包括1.55亿个蛋白的数据,只找到了CasX 和 CasY。”此外,他们还在古生菌基因组中找到了Cas9的序列。值得注意的是,科学家先前只发现古生菌使用I类CRISPR系统,而II类CRISPR系统仅在细菌中被发现。
强大的基因编辑家族近几年,基因编辑工具家族可谓是越来越壮大。目前II类系统中已经实验证明能够切割DNA的酶包括Cas9、Cpf1 和 C2c1;此外,C2c2被证明能够切割RNA;另一个假定的系统CRISPR- C2c3可能能用于切割DNA。CRISPR-Cpf1CRISPR-Cpf1系统最早由张锋等人在去年的一篇Cell文章中提出。本月发表在Nature Biotechnology上的最新成果证实,CRISPR-Cpf1系统能够克服Cas9靶向多个基因位点的限制。使用单个定制的CRISPR阵列,研究人员实现了在哺乳动物细胞中同时编辑多达4个基因,在小鼠大脑中同时编辑3个基因。【详细】